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本次设计容为以AT89C51单片机为核心的秒表。
设计的主要特点是计时器从00~99秒的计时,每秒自动加1,同时设置有暂停键和复位键,在任何情况下都可以暂停和复位。
利用单片机定时器/计数器定时和记数的原理,结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。
将软、硬件有机地结合起来,使得系统能够实现3位LED显示,显示时间为0~99秒,计时精度为1秒,能正确地进展计时。
其中软件系统采用汇编语言编写程序,包括显示程序,中断效劳,外部中断效劳程序,复位程序等。
本系统相对简单,指令中有较丰富的逻辑控制功能指令,能叫方便的直接操作外部的I/O设备。
关键字:
单片机;
定时器;
计数器
2.4.1外部中断0效劳程序14
2.4.2外部中断1效劳程序14
三、数字电子秒表的安装与调试15
一.硬件简介与电路设计
1.1单片机AT89C51介绍
AT89C51单片机介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51?
指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功
图1AT89C51
能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.1.1单片机AT89C51管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进展校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1〞时,其管脚被部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1〞时,它利用部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进展读写时,P2口输出其特殊功能存放器的容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1〞后,它们被部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流〔ILL〕这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD〔串行输入口〕P3.1TXD〔串行输出口〕
P3.2/INT0〔外部中断0〕P3.3/INT1〔外部中断1〕
P3.4T0〔记时器0外部输入〕P3.5T1〔记时器1外部输入〕
P3.6/WR〔外部数据存储器写选通〕P3.7/RD〔外部数据存储器读选通〕
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想制止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE制止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,那么在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕,不管是否有部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP〕。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
1.1.2振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片振荡器。
石晶振荡和瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。
1.1.3芯片擦除:
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1〞且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停顿工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的容并且冻结振荡器,制止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
1.2复位和按键电路设计
数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点,在计时中广泛使用。
本设计用单片机组成数字电子秒表,力求构造简单、精度高为目标。
本方案采用AT89C51单片机为中心器件,利用其定时器/计数器定时和计数的原理,结合硬件电路如电源电路,晶振电路,复位电路,显示电路,以及一些案件电路来设计计时器,将软、硬件结合起来。
设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。
其硬件电路主控制采用单片机AT89C51,显示电路采用二位共阳极LED数码管显示计时时间。
利用中断系统使其能实现开场、继续/暂停、复位和分/秒显示转换的功能。
图2电路设计图
初始状态下计时器显示00,当按下开场键时,外部中断INT0向CPU发出中断请求,CPU转去执行外部中断0效劳程序,即开启定时器T0。
计时采用定时器T0中断完成,定时溢出中断周期为1s,当一处中断后向CPU发出溢出中断请求,每发出一次中断请求就对计数单元进展加一,到达1次就对秒位进展加一,依次类推,直到99秒重新复位。
在计时过程中,只要按下继续/暂停键,外部中断INT1向CPU发出中断请求,CPU转去执行外部中断1效劳程序,即关闭定时器T0,调用显示程序,实现暂停功能,同时将此次计时时间存入中间缓存区。
再次按下继续/暂停键,定时器T0在次开启,调用中间缓存区的数据,秒表继续加一。
当秒表计时超过99时,那么程序跳转从0开场。
在秒表暂停时,按下复位开关,中间缓存区中的数据清零,程序回到开场。
而在秒表暂停时,按下分/秒显示转换开关,那么将中间缓存区中的数据转换为以分秒显示的状态送入显示区。
根据要求秒表设计主要实现的功能是计时和显示。
因此设置了四个按键和二位数码管显示时间,四个按键分别是开场、继续/暂停、复位、分/秒显示转换。
利用这四个键来实现秒表的全部功能,而二位数码管那么能显示最多99秒的计时。
图3开场、继续/暂停电路图4复位电路
本设计中,数码管显示的数据存放在存单元7CH-7DH中。
7CH存放秒位数据,7DH存放十秒位数据,每一地址单元均为十进制BCD码。
由于采用软件动态扫描实现数据显示功能,显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。
显示时,先取出7CH-7DH某一地址中的数据,然后查得对应的显示用段码,并从P0口输出,P2口将对应的数码管选中供电,就能显示该地址单元的数据值。
按键处理方面,四个键可以采用中断的方法,也可以采用扫描的方法来识别。
复位键和分/秒显示转换键主要功能在于数值复位和转换,对于时间的要求不是很严格。
而开场、继续/暂停键那么是用于对时间的锁定,需要比拟准确的控制。
因此可以对开场、继续/暂停键采用外部中断的方式。
1.3显示电路的选择与设计
对于数字显示电路,通常采用液晶显示或数码管显示。
一般的段式液晶屏,需要专门的驱动电路,而且液晶显示作为一种被动显示,可视性差,不适合远距离观看;
对于具有驱动电路和单片机接口的液晶显示模块(字符或点阵),一般多采用并行接口,对单片机的接口要求较高,占用资源多;
另外,AT89C51单片机本身无专门的液晶驱动接口。
而数码管作为一种主动显示器件,具有亮度高、响应速度快、防潮防湿性能好、温度特性极性、价格廉价、易于购置等优点,而且有远距离视觉效果,很适合夜间或是远距离操作。
因此,本设计的显示电路采用8段数码管作为显示介质。
数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。
本设计采用二位数码管显示时间,动/静态显示皆可。
那么本设计应任务要求选用动态显示。
图5显示电路根本原理图
动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管,这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。
通常各位数码管的段选线相应并联在一起,由一个8位的I/O口控制。
动态方式显示时,各数码管分时轮流选通,要使其稳定显示必须采用扫描方式,即在某一时刻只能选通一位数码管,并送出相应的段码,在另一时刻选通另一位数码管,并送出相应的段码,依此规律循环,即可使各位数码管显示将要显示的字符,虽然这些字符是在不同的时刻分别显示,但由于人眼存在视觉暂留效应,只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。
数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种。
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极〔二极管正端〕连接在一起,如图6〔c〕,通常,公共阳极接高电平〔一般接电源〕,其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为低电平时,那么该端所连接的字段导通并点亮,根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时,要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
共阴极数码管的8个发光二极管的阴极〔二极管负端〕连接在一起,如图〔b〕,通常,公共阴极接低电平〔一般接地〕,其它管脚接段驱动电路输出端,当某段驱动电路的输出端为高电平时,那么该端所连接的字段导通并点亮,根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时,要求段驱动电路能提供额定的段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
图6〔a〕数码管引脚图〔b〕共阳极部构造图
〔c〕共阴极部构造图
显示电路由二位数码
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